一種基于強(qiáng)關(guān)聯(lián)氧化物復(fù)合電極的超級(jí)電容器的制備和測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于超級(jí)電容器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于強(qiáng)關(guān)聯(lián)氧化物復(fù)合電極的的超級(jí)電容器的制備和測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為一種新型的綠色儲(chǔ)能器件，超級(jí)電容器在混合動(dòng)力汽車(chē)、消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品、航空航天等領(lǐng)域有著非常廣闊的應(yīng)用前景。到目前為止，人們已經(jīng)研發(fā)出了各種各樣的超級(jí)電容器。在研究的過(guò)程中，科研人員發(fā)現(xiàn)很難把雙電層電容器與法拉第贗電容器完全區(qū)分開(kāi)來(lái)，這兩種儲(chǔ)能機(jī)理往往都存在于同一種電容器當(dāng)中。因此，通常以電容器當(dāng)中的主要儲(chǔ)能機(jī)理來(lái)劃分電容器的類(lèi)型。按照儲(chǔ)能原理的不同，超級(jí)電容器可劃分為分雙電層超級(jí)電容器和法拉第贗電容器。其中，法拉第贗電容器具良好的循環(huán)穩(wěn)定性、大功率密度、高能量密度、而受到廣泛的關(guān)注。
[0003]目前商用的雙電層超級(jí)電容器主要是利用電解質(zhì)離子的極化過(guò)程來(lái)儲(chǔ)存能量，基本不會(huì)發(fā)生法拉第反應(yīng)。導(dǎo)致能量密度比較低(?20 μ F cm2)，限制了它的進(jìn)一步應(yīng)用。對(duì)比于雙電層超級(jí)電容器面臨的問(wèn)題，帶有高能量密度的法拉第贗電容器有著巨大的發(fā)展空間。
[0004]最近，過(guò)渡族金屬氧化物由于價(jià)格低廉，比容量大而受到廣泛的關(guān)注，具有高比容量的過(guò)渡族金屬氧化物作為一種新的電極材料被引入了超級(jí)電容器的應(yīng)用當(dāng)中，為提升超級(jí)電容器的能量密度提供了新機(jī)會(huì)。然而這些過(guò)渡族金屬氧化物(MnO2, N1, Co2O3, SnO2, V2O5, MoO等)的電導(dǎo)率都較低。嚴(yán)重限制了其在大功率密度、高能量密度、循環(huán)穩(wěn)定的超級(jí)電容器中的應(yīng)用。增強(qiáng)過(guò)渡族金屬氧化物電子傳輸能力的方法之一是設(shè)計(jì)具有高容量物質(zhì)與高導(dǎo)電性的復(fù)合物材料。雖然目前的研究主要是基于零維、一維或二維納米結(jié)構(gòu)碳材料或金屬納米顆粒，并取得了初步的進(jìn)展，但這些低維納米結(jié)構(gòu)內(nèi)電子傳輸距離有限，各結(jié)構(gòu)間和與集流器的集成均會(huì)產(chǎn)生高的接觸電阻。因此，由這些低維納米結(jié)構(gòu)所組裝成的整體電極的導(dǎo)電性能改進(jìn)仍然很有限，依然限制過(guò)渡族金屬氧化物在大功率密度、高能量密度、循環(huán)穩(wěn)定的超級(jí)電容器中的推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于強(qiáng)關(guān)聯(lián)氧化物復(fù)合電極的超級(jí)電容器的制備方法，該制備方法是將制備好的強(qiáng)關(guān)聯(lián)氧化物復(fù)合電極對(duì)稱(chēng)地組裝在隔膜兩側(cè)，所述強(qiáng)關(guān)聯(lián)氧化物復(fù)合電極的制備步驟如下:
[0006]a.將金屬基底依次在酸溶液、去離子水和乙醇中充分清洗，并真空干燥；
[0007]b.在金屬基底上用一定濃度的聚苯乙烯微球膠體，通過(guò)加熱蒸發(fā)制得聚苯乙烯薄膜，作為電化學(xué)沉積模板；
[0008]c.在聚苯乙烯薄膜上電沉積釩氧化物，在還原氣氛下，高溫條件下除去聚苯乙烯薄膜，得到三維納米多孔V2O3導(dǎo)電骨架；
[0009]d.將V2O3導(dǎo)電骨架作為模板電沉積過(guò)渡金屬氧化物，在還原氣氛下退火，制得三維納米多孔的強(qiáng)關(guān)聯(lián)氧化物復(fù)合電極。
[0010]所述步驟a中的金屬基底為電化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的金屬單質(zhì)或合金，優(yōu)選不銹鋼。
[0011]所述步驟b中聚苯乙烯微球的濃度為0.5-10%，蒸發(fā)溫度為35-90°C，得到的薄膜為2-30微米。
[0012]所述步驟c中所述高溫條件為溫度200-800°C，時(shí)間l_8h。
[0013]所述步驟d中過(guò)渡金屬氧化物為胞02、附0、(:0203、31102、￥205或100，退火條件為溫度 200-800。。，時(shí)間 l-8ho
[0014]通過(guò)所述方法制得的超級(jí)電容器，其電化學(xué)測(cè)試方法為，將所述超級(jí)電容器直接浸入IM的Na2SO4溶液中，將伏安特性曲線的區(qū)間設(shè)定在-0.8V?+0.8V，改變掃描速率得到不同掃描速率下的循環(huán)伏安曲線，改變電流密度得到不同電流密度下的充放電曲線。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:
[0016]本發(fā)明是通過(guò)模板自組裝和電化學(xué)沉積及熱處理技術(shù)相結(jié)合的方式，先將模板通過(guò)沉積技術(shù)集成在集流器表面，再將導(dǎo)電骨架電沉積在模板的空隙內(nèi)，然后熱處理去除模版，最后再電沉積活性物質(zhì)。實(shí)現(xiàn)提高活性物質(zhì)電導(dǎo)能力的同時(shí)最小化活性物質(zhì)與集流器的接觸電阻。該復(fù)合納米結(jié)構(gòu)具有三維聯(lián)通的雙連續(xù)的納米孔道，能同時(shí)減小電解液離子傳輸?shù)碾娮?，并且三維聯(lián)通的納米結(jié)構(gòu)提供了超高的比表面積，能夠有效地利用活性物質(zhì)。本發(fā)明的方法易操作，通過(guò)簡(jiǎn)單的組裝獲得的超級(jí)電容器可直接用于能量存儲(chǔ)，通過(guò)本發(fā)明方法制得的超級(jí)電容器具有優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性、大功率密度、高能量密度。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為三維納米多孔V203/Mn02復(fù)合電極的制作過(guò)程示意圖，其中:
[0018]圖1a為作為電化學(xué)沉積模板的聚苯乙烯薄膜；
[0019]圖1b為三維納米多孔V2O3導(dǎo)電骨架；
[0020]圖1c為三維納米多孔￥203/]?1102復(fù)合電極；
[0021]圖2為三維納米多孔V203/Mn02復(fù)合電極材料的掃描電鏡(SEM)其中:
[0022]圖2a為聚苯乙烯薄膜的SEM表征圖；
[0023]圖2b為三維納米多孔V203/Mn02復(fù)合電極材料SEM表征圖；
[0024]圖3為三維納米多孔V2O3導(dǎo)電骨架的XRD光譜圖；
[0025]圖4為三維納米多孔V203/Mn02復(fù)合電極的xps光譜圖；
[0026]圖5為三維納米多孔V2O3骨架生長(zhǎng)MnO 2熱處理前后的對(duì)比圖；
[0027]圖6為三維納米多孔V203/Mn02復(fù)合電極內(nèi)阻隨電流密度變化的圖；
[0028]圖7為本發(fā)明的超級(jí)電容器在IM的Na2SO4溶液中電化學(xué)測(cè)試圖其中:
[0029]圖7a為循環(huán)伏安特性曲線；
[0030]圖7b為充放電曲線；
[0031]圖8為超級(jí)電容器的體積容量的對(duì)比圖；
[0032]圖9為超級(jí)電容器循環(huán)穩(wěn)定性曲線；
[0033]圖10為超級(jí)電容器的能量密度和功率密度比較圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面將結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步闡述:
[0035]—種基于強(qiáng)關(guān)聯(lián)氧化物復(fù)合電極的超級(jí)電容器的制備方法，具體過(guò)程如下:
[0036]a.將不銹鋼金屬基底依次在酸溶液、去離子水和乙醇中充分清洗，并真空干燥
[0037]b.取適量濃度為0.5-10%聚苯乙烯膠體溶液滴在不銹鋼表面，在35_90°C的環(huán)境下蒸干膠體溶液，制作聚苯乙烯(PS)薄膜，如圖1a所示，作為電化學(xué)沉積模板；
[0038]c.制得三維納米多孔V2O3導(dǎo)電骨架；采用三電極系統(tǒng)，陽(yáng)極是以不銹鋼為基底的PS薄膜，對(duì)電極為鉑電極，使用Ag/AgCl作為參比電極。電解質(zhì)溶液是含有0.1-3MVOSO4, 0.2-50mM H2SO4, 5_50mL H2O and 5_50mL, C2H5OH 沉積條件為 0.6-1.7V30_400s 然后在5% H2/